Znak-ekb.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет диаметра выхлопной трубы

tosha3692 › Блог › расчет диаметра выхлопной трубы

Нужно рассчитать паука. Нормальной методики расчёта нет. Предлагаю всем дружно подумать как это посчитать. Данные для расчёта: мотор с геометрией 82*80, вал ММ72 (опережение открытия до НМТ выпускного клапана 68 град.; запаздывание закрытия после НМТ впускного клапана 84 град.), внутренний диаметр имеющейся для изготовления трубы 35мм. Паук системы 4 в 1. Диаметр на выходе не менее 51мм. Обороты 7000об/мин.
Немного теории. В пауке систему 4 в 1 при открытии выхлопного клапана создается разряжение (давление ниже атмосферного). Но это явление происходит на определенных оборотах. Принцип действия следующий. Открывается выхлопной клапан и выхлопные газы с большой скоростью летят по трубе. Далее они долетают до того места где трубы объединяются. Там имеется резкое расширение (в нашем случае с 35мм до 51мм). Резкое расширение в трубе является аэродинамическим зеркалом, от которого отражается ударная волна (поток выхлопных газов) и летит в обратном направлении, но не в одну ветвь, а во все 4. Ветви должны быть такой длины, чтобы газы долетели до выхлопного клапана следующего цилиндра, ударились об него и отразились. Газы двигаясь по инерции от клапана в сторону объединения труб создают разряжение. Т.е. они подобны тяжелому поршню, двигающемуся по инерции в трубе. Естественно что в запоршневом пространстве будет разряжение. Эффект от такого паука будет наблюдаться только в том случае, когда этот «воображаемый поршень» уже отразился от выхлопного кланана, и в момент открытия выхлопного клапана находится на расстоянии не более 1/2 длины ветви паука.
Вот в кратце теория работы паука 4 в 1. Теперь вопрос: как рассчитать эту длину ветви при заданных параметрах.

Я прикинул вот так:

Тупо вычисляем объём одного цилиндра. (м^3)
82/2=41мм
((41/1000)^2)*3,14*(80/1000)=0,0004222672 м^3

Теперь прикидываем сколько объёма перекачивает цилиндр за один такт умножив объём на коэффициент наполнения (1,3 для данного конфига)

Но это объём проглатываемого воздуха, а в двигателе он ещё и нагревается до 800 градусов в бензиновом двигателе и до 600 градусов в дизеле. Вычисляем объём подогретого газа:

(0,00054894736*(273,15+800))/293,15=0,002009561178181818 м^3
В этой формуле приняты следующие допущения: давление газа до и после двигателя равно атмосферному, температура всасываемого воздуха равна 20 градусам цельсия, коэффициент сжимаемости газа равен 1, газ несжимаем (идеальный газ).

Теперь определим площадь сечения ветви паука при использовании заданной трубы.

Определим длину фазы выхлопа

180+68+84=332град, что составляет 332/360=0,9222

Теперь определим расход выхлопных газов за один такт выхлопа. Условимся что такт выхлопа длится 0,9222222 оборота. Отсюда:

Зная расход и площадь сечения трубы, несложно вычислить скорость газа:

Теперь мы знаем скорость газа. Нужно определить путь. Нужно наидти время.

1/(7000/60)=0,0085714285714285714285714285714286 — Время 1 оборота.

0,0085714285714285714285714285714286*0,9222222=0,0079047617142857142857142857138905 — Время такта выхлопа (искомое)

224,84*0,0079047617142857142857142857138905=1,777 — расстояние от одного клапана до другого.

Но надо учитывать что отражённый от аэродинамического зеркала газ полетит в обратную сторону не по одной ветви, а по всем четырём. Но количество пролетевшего газа не изменится, а значит можно представить этот процесс как пролёт газа по 5 равным участкам, длина участка и равна длине ветви.

Lada 2101 TURBO › Logbook › Как рассчитать размер глушителя и Диаметр выхлопной трубы

Сухая теория
1. Диаметр выхлопной трубы завода, как правило подходит для большинства транспортных средств. За исключением заряженных авто с измененными фазами и объемом ДВС.

Читать еще:  Чертеж ступицы нива 2121

2. Производители производят расчет за вас- не нужно изобретать колесо. Если они говорят, что это будет работать для вашего автомобиля, это вероятно, будет работать для вашего автомобиля.

Мы попытаемся рассмотреть проблему с научной точки зрения

1) Масса воздуха, прокачиваемая системой + массы топлива = масса выхлопных газов
Сохранение массы, верно?

2) Для того, чтобы рассчитать объем потребляемого воздуха двигателем за один оборот коленчатого вала — мы умножим объем двигателя на обороты двигателя, и разделим на 2 (это займет два полных оборота для двигателя, чтобы исчерпать это весь объем воздуха). Мы затем преобразовать, что объема в массу.

3) Расчеты приводится с учетом погрешности полного сгорания топливно воздушной смеси.

4) После того, как вы рассчитаем массу выхлопных газов производим расчет объема выхлопных. Конечно, так же необходмо учитывать расширение газов при учеличении температуры в двигателе.

Вот это! Конечно, когда вы садитесь, чтобы понять это, вы обнаружите, что получаете хорошую научную оценку занимает много работы (который является, почему мы не возиться с ней здесь).
Способы расчета выхлопной системы (Очень приблизительно):
По лошадиным силам: В среднем система прокачивает 1,5 CFM (2,55 Метра кубических) на одну лошадиную силу. С Учетом расширения воздуха выхлопная система должна прокачивать 2.2 CFM (3,74 Метра кубических) на одну лошадиную силу. Так же следует учесть что наполнение целиндров падает более чем в 2 раза при увеличении оборотов двигателя (В зависимости от фаз впуска выпуска и перекрытия клапанов)

По объему двигателя: Количество оборотов коленчатого вала RPM умножаем на Объем двигателя делим на 2 (для 4-ех тактного двигателя 4-ех целиндрового двигателя).

Расчетная таблица. Подбор диаметра выхлопной системы 4-1, 4-2-1 исходя из нижеуказанной таблицы

Расчетный внутренний Диаметр трубы (мм) Объем прокачиваемого воздуха (метров кубических) Лошадиных сил (Max).
38 мм 290,7 155
41 мм 345,1 185
44 мм 406,3 217
51 мм 540,6 289
57 мм 693,6 371
64 мм 865,3 463
69 мм 1057,4 566
76 мм 1269,9 679
82 мм 1499,4 802
89 мм 1749,3 935
ПРИМЕЧАНИЕ: Цифры являются приблизительными базирующиеся на максимальную мощность Двигателя. Таблица не учитывает особенности Газо-распределительного механизма (Фаза впуска и выпуска, перекрытие итп)

В приведенной выше таблице, мы выяснили, что атмосферному двигателю с 155 л.с. требуется 40-овая труба. К примеру на автомобиль Лада Приора, Калина, Четырка, Десятка с мощностью менее 150 лошадиных сил — установка 50 трубы пойдет во вред.

Необходимо учитывать — что для турбированных моторов — совсем другой подход к расчету выхлопной системы

Выбираем диаметр выхлопной трубы на авто

Владельцу автомобиля приходится подбирать диаметр выхлопной трубы, чаще всего, в целях модификации их «железного друга». Правильно подобрать размеры конструкции очень важно, ведь в ином случае понизится мощность, уменьшиться безопасность вождения. Основная функция выхлопных труб – уменьшение шума от двигателя посредством вывода скопившихся газов и эффекта глушения. Чем эффективнее вывод газов, тем меньшее давление будет в выхлопной системе, что увеличивает мощность двигателя.

Что нужно учесть при расчете диаметра?

Неопытные поклонники тюнинга часто применяют трубу с большими диаметрами, что ухудшает мощность. Однако при расчете значение имеет не только величина вывода, но и иные факторы: особенности потока, скорость движения газов. Конструкции с большим диаметром делают поток медленнее, изделия с небольшими размерами – наоборот, быстрее. Важен баланс между скоростью движения газов и впуском объема двигателя. Следует избегать создания обратного давления, когда газы, для которых не обеспечен быстрый вывод, задерживаются в системе.

Читать еще:  Фиолетовый цвет номер краски

Идеальная система: несколько труб различных размеров для каждого диапазона оборотов. Однако это решение не является доступным для многих людей, поэтому устанавливается система, подходящая под все обороты, в том числе и под высокие.

В некоторых автомобилях установлена система двойного диаметра, что повышает мощность, но уменьшает крутящие параметры. Выхлопные трубы рекомендуется полировать для того, чтобы вывод газов был быстрее за счет уменьшения трения.

Какой диаметр подобрать?

Параметры систем вывода газов зависят от объема воздуха, перерабатываемого двигателем. Объем воздуха же зависит от мощности и объема двигателя. В соответствии с этой информацией можно порекомендовать примерные размеры труб.

К примеру, на 1,6 литровый двигатель устанавливаются выхлопные трубы диаметром 3,8-5 см. На 2,5 литровый двигатель достаточно конструкций размером 5 – 6,4 см. Для двигателей большего размера можно установить конструкции размером 7,6 см. Если объем двигателя выше 2,5 литра, лучше потратиться на двойную систему вывода газов. Как очевидно, чем выше объем двигателя, тем большим должен быть размер трубы.

Для того чтобы определить размер выхлопной конструкции в двойной системе требуется поделить объем двигателя на два, а затем производить расчет в соответствии с правилами, данными выше. К примеру, мотор на 3 литра оборудуется двумя выхлопными конструкциями на 3,8 и 5 см, мотор на 5 литров – конструкциями на 5 см и 6,4 см.

Под этими параметрами подразумевается один размер на протяжении всей выхлопной конструкции (в том числе глушитель). Теоретически глушитель и выхлопную конструкцию можно сделать больше, однако на мощность это не повлияет, однако сделает звуки ниже.

В том случае, если соединение имеет конусообразную форму, можно выполнить установку большей и меньшей конструкции. Так увеличится скорость движения газов. Конструкции с большим диаметром, напротив, сделают движение газов медленней. В конструкцию не должен помещаться кулак. В этом случае она однозначно велика и снижает эффективность системы.

Дополнительные рекомендации

На показатели мощности также влияет форма коллектора. Лучше приобретать модифицированные коллекторы. Они обеспечивают наилучший результат. Обычную систему для вывода газов можно улучшить, пройдясь по внутренней поверхности шлифовальным кругом, зафиксированным на дрель. Также можно сделать систему из нержавеющей стали. Это тоже позволяет улучшить показатели.

Оптимальные системы: 4-2-1. То есть, начало системы – это 4 конструкции, соединяющиеся в 2, а затем в одну. Также существуют системы 4-1 и 4-2. Они обеспечивают максимальную мощность и эффективны при предельно высоких оборотах. Часто такие системы устанавливаются на гоночные автомобили.

В том случае, если диаметр труб слишком велик, движение газов уменьшится. Тот же эффект оказывают катализаторы. Однако, если вы можете заменить старую конструкцию на новую с нормальными размерами, то катализатор убрать нельзя, так как это обязательная деталь авто. Увидеть типы выхлопных конструкций и различные системы для машин вы можете на фото.

Расчет диаметра выхлопной трубы

Правильно сконструированная выхлопная система может дать прирост мощности 18-20 %. Увеличения наполнения и мощности двигателя можно добиться за счёт использования колебаний давлений в выпускном коллекторе. Для этого нужно изменять амплитуду, форму волны или сдвигать волну давления по фазе выпуска, что и означает настройку выхлопной системы. Именно настройкой получают такое протекание колебаний давлений в выпускном коллекторе, при котором в период открытия выпускного клапана за клапаном создается наименьшее давление. От этого увеличивается наполнение двигателя в результате более лучшей очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Читать еще:  Авито ваз 2111 в рб

Конструкция выпускного коллектора 4-2-1 (паук 4-2-1) продумана так чтобы выпускные трубы цилиндров были соединены попарно от цилиндров, работающих через промежутки, равные удвоенному углу поворота коленчатого вала между тактами выпуска, а затем на некотором расстоянии от двигателя эти пары снова объединяются в общую выпускную трубу. Смысл настройки такого коллектора заключается в том, чтобы волна давления, возникающая в выпускном коллекторе во время выпуска из одного цилиндра, не мешала выпуску из следующего по порядку работающему цилиндру. Паук 4-2-1 наиболее простой способ настройки выпускного коллектора и может дать прирост крутящего момента в более широком диапазоне оборотов.

Как уже и говорилось основная цель настройки выпускного коллектора – это получение минимального давления за выпускным клапаном в момент его открытия. Но нужно также понимать, что конструкция выпускного коллектора (паука) должна давать возможность получать минимальное давление как можно в более широком диапазоне оборотов двигателя.

Рассмотрим три конструкции выпускного коллектора:

1. Четыре отдельные трубы от каждого цилиндра.

2. Конструкция паука 4-2-1

3. Конструкция паука 4-1

Первая конструкция дает максимальную амплитуду колебания давления-разряжения, но при этом диапазон оборотов, в котором происходит нужный нам эффект отрицательного давления очень узкий, из этого следует, что разрежение очень быстро перейдет в давление и затруднит выхлоп. В связи с этим от такой конструкции давно отказались. Вторая и третья конструкция коллектора (паук 4-2-1, паук 4-1) имеют гораздо ниже амплитуду колебания давления-разряжения чем первая конструкция, но работают в более широком диапазоне оборотов. Конструкция паука 4-2-1 имеет самый широкий диапазон оборотов при самой меньшей амплитуде давления-разряжения, поэтому конструкция лучше всего подходит для использования на гражданских автомобилях. Конструкция паука 4-1 дает возможность получения более высоких показателей, но в более узком диапазоне оборотов.

Точных формул описывающих явления в выпускных коллекторах не существует, поэтому расчет выпускных коллекторов очень сложен и окончательную доводку осуществляют на моторных стендах. Есть формулы которые помогают получить начальные размеры труб при конструировании выпускного коллектора.

Длинна первичной трубы плюс длинна канала в головке равна (5100 * ЕТ)/RPM*6, Где 5100 и 6 – эмпирические коэффициенты. ЕТ – опережение открытия выпускного клапана до нижней мертвой точки в градусах поворота коленчатого вала плюс 180 градусов.

RPM – обороты, при которых желательно получить максимальный эффект настройки. Диаметр первичной трубы берется из соображений, что ее объем должен быть равен двум рабочим объемам одного цилиндра, поэтому диаметр первично трубы рассчитывается по формуле: Диаметр первичной трубы равен 2*корень квадратный из (2*объем цилиндра)/(длинна первичной трубы *3,14) Диаметр вторичной трубы, в которой соединяются первичные трубы рассчитывается с учетом таких показателей, что ее длинна равна длине первичной трубы, а ее объем должен быть равен четырем рабочим объемам цилиндра. Рассчитывается по формуле: Диаметр вторичной трубы равен 2*корень квадратный из объем четырех цилиндров двигателя / (длина первичной трубы*3.14).

Эти формулы используются для первичного расчета коллектора, окончательная доводка выпускного коллектора (паука 4-2-1) ведется на мощностном стенде.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×